יצירת אפליקציית אינטרנט מרובת רמות באמצעות Redis ו-PHP

טייס אוטומטי רגילה

במדריך הזה נדגים איך ליצור אפליקציית אינטרנט רב-שכבתית באמצעות Google Kubernetes Engine ‏ (GKE).

במדריך הזה תלמדו:

• הגדרת אפליקציית אינטרנט עם כתובת IP חיצונית ומאזן עומסים.
• יוצרים קלאסטר Redis עם מאסטר (מוביל) יחיד וכמה עותקים משוכפלים (עוקבים).

בדוגמה מתוארים המושגים הבאים ב-Kubernetes:

• הגדרת הצהרה באמצעות קובצי מניפסט של YAML
• פריסות, שהן משאבי Kubernetes שקובעים את ההגדרה של קבוצה של קבוצות Pod משוכפלות
• Services כדי ליצור מאזני עומסים פנימיים וחיצוניים לקבוצה של Pods

מטרות

כדי לפרוס את האפליקציה ולהריץ אותה ב-GKE:

1. הגדרת ה-leader של Redis
2. הגדרת שני עוקבים של Redis
3. הגדרת הקצה הקדמי של האתר
4. כניסה לאתר
5. הגדלת קנה המידה של הקצה הקדמי באינטרנט

התרשים הבא מציג סקירה כללית של ארכיטקטורת האשכול שיוצרים כשמשלימים את המטרות האלה:

עלויות

במסמך הזה משתמשים ברכיבים הבאים של Google Cloud, והשימוש בהם כרוך בתשלום:

• GKE

כדי להעריך את ההוצאות בהתאם לתחזית השימוש שלכם, אתם יכולים להיעזר במחשבון העלויות.

משתמשים חדשים של Google Cloud ? יכול להיות שאתם זכאים לתקופת ניסיון בחינם.

כשמסיימים את המשימות שמתוארות במסמך הזה אפשר למחוק את המשאבים שיצרתם כדי להימנע מחיובים נוספים. מידע נוסף זמין בקטע הסרת המשאבים.

לפני שמתחילים

ב-Cloud Shell מותקנת מראש התוכנה שדרושה למדריך הזה, כולל kubectl ו-ה-CLI של gcloud. אם אתם לא משתמשים ב-Cloud Shell, אתם צריכים להתקין את ה-CLI של gcloud.

נכנסים לחשבון Google Cloud . אם אתם משתמשים חדשים ב- Google Cloud, צרו חשבון כדי שתוכלו להעריך את הביצועים של המוצרים שלנו בתרחישים מהעולם האמיתי. לקוחות חדשים מקבלים בחינם גם קרדיט בשווי 300$ להרצה, לבדיקה ולפריסה של עומסי העבודה.

התקינו את ה-CLI של Google Cloud.

הערה: אם התקנתם את ה-CLI של gcloud, השתמשו בפקודה gcloud components update כדי לבדוק אם הגרסה העדכנית מותקנת.

אם אתם משתמשים בספק זהויות חיצוני (IdP), קודם אתם צריכים להיכנס ל-CLI של gcloud באמצעות המאגר המאוחד לניהול זהויות.

כדי לאתחל את ה-CLI של gcloud, הריצו את הפקודה הבאה:

gcloud init

יוצרים או בוחרים Google Cloud פרויקט.

תפקידים שנדרשים כדי לבחור או ליצור פרויקט

• Select a project: כדי לבחור פרויקט לא צריך תפקיד IAM ספציפי – אפשר לבחור כל פרויקט שקיבלתם בו תפקיד.
• יצירת פרויקט: כדי ליצור פרויקט, צריך את התפקיד Project Creator (יצירת פרויקטים) (roles/resourcemanager.projectCreator), שכולל את ההרשאה resourcemanager.projects.create. איך מקצים תפקידים

הערה: אם אתם לא מתכננים לשמור את המשאבים שתיצרו בתהליך הזה, תוכלו ליצור פרויקט חדש במקום לבחור באחד מהפרויקטים הקיימים. בסיום התהליך תוכלו למחוק את הפרויקט ולהסיר את כל המשאבים שמשויכים אליו.

• יוצרים Google Cloud פרויקט:

  gcloud projects create PROJECT_ID

  מחליפים את PROJECT_ID בשם של פרויקט Google Cloud שיוצרים.

• בוחרים את הפרויקט שיצרתם: Google Cloud

  gcloud config set project PROJECT_ID

  מחליפים את PROJECT_ID בשם הפרויקט ב- Google Cloud .

מוודאים שהחיוב מופעל בפרויקט Google Cloud .

מפעילים את GKE API:

תפקידים שנדרשים להפעלת ממשקי API

כדי להפעיל ממשקי API, צריך את תפקיד ה-IAM 'אדמין של Service Usage' (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin), שכולל את ההרשאה serviceusage.services.enable. איך מקצים תפקידים

gcloud services enable container.googleapis.com

התקינו את ה-CLI של Google Cloud.

הערה: אם התקנתם את ה-CLI של gcloud, השתמשו בפקודה gcloud components update כדי לבדוק אם הגרסה העדכנית מותקנת.

אם אתם משתמשים בספק זהויות חיצוני (IdP), קודם אתם צריכים להיכנס ל-CLI של gcloud באמצעות המאגר המאוחד לניהול זהויות.

כדי לאתחל את ה-CLI של gcloud, הריצו את הפקודה הבאה:

gcloud init

יוצרים או בוחרים Google Cloud פרויקט.

תפקידים שנדרשים כדי לבחור או ליצור פרויקט

• Select a project: כדי לבחור פרויקט לא צריך תפקיד IAM ספציפי – אפשר לבחור כל פרויקט שקיבלתם בו תפקיד.
• יצירת פרויקט: כדי ליצור פרויקט, צריך את התפקיד Project Creator (יצירת פרויקטים) (roles/resourcemanager.projectCreator), שכולל את ההרשאה resourcemanager.projects.create. איך מקצים תפקידים

הערה: אם אתם לא מתכננים לשמור את המשאבים שתיצרו בתהליך הזה, תוכלו ליצור פרויקט חדש במקום לבחור באחד מהפרויקטים הקיימים. בסיום התהליך תוכלו למחוק את הפרויקט ולהסיר את כל המשאבים שמשויכים אליו.

• יוצרים Google Cloud פרויקט:

  gcloud projects create PROJECT_ID

  מחליפים את PROJECT_ID בשם של פרויקט Google Cloud שיוצרים.

• בוחרים את הפרויקט שיצרתם: Google Cloud

  gcloud config set project PROJECT_ID

  מחליפים את PROJECT_ID בשם הפרויקט ב- Google Cloud .

מוודאים שהחיוב מופעל בפרויקט Google Cloud .

מפעילים את GKE API:

תפקידים שנדרשים להפעלת ממשקי API

כדי להפעיל ממשקי API, צריך את תפקיד ה-IAM 'אדמין של Service Usage' (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin), שכולל את ההרשאה serviceusage.services.enable. איך מקצים תפקידים

gcloud services enable container.googleapis.com

הכנת הסביבה

כדי להגדיר את הסביבה, מבצעים את השלבים הבאים:

1. הגדרת משתני סביבה:

   export PROJECT_ID=PROJECT_ID
   export COMPUTE_LOCATION=COMPUTE_LOCATION
   

   מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

   • ‫PROJECT_ID: Google Cloud מזהה הפרויקט
   • ‫COMPUTE_LOCATION: מיקום ב-Compute Engine, כמו us-central1.

2. משכפלים את המאגר ב-GitHub:

   git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples
   

3. עוברים לספריית העבודה:

   cd kubernetes-engine-samples/quickstarts/guestbook/
   

יצירת אשכול GKE

יוצרים אשכול GKE במצב Autopilot או במצב Standard:

Autopilot

gcloud container clusters create-auto guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION} \

רגילה

gcloud container clusters create guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION} \
    --num-nodes=4

התחברות לאשכול

מגדירים את kubectl לתקשורת עם האשכול:

gcloud container clusters get-credentials guestbook \
    --location=${COMPUTE_LOCATION}

הגדרת ה-leader של Redis

האפליקציה משתמשת ב-Redis כדי לאחסן את הנתונים שלה. האפליקציה כותבת את הנתונים שלה למופע ראשי של Redis וקוראת נתונים מכמה מופעים משניים של Redis.

1. קובץ המניפסט הבא מתאר פריסת Kubernetes שמריצה Pod מוביל יחיד של Redis:

   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: redis-leader
     labels:
       app: redis
       role: leader
       tier: backend
   spec:
     replicas: 1
     selector:
       matchLabels:
         app: redis
     template:
       metadata:
         labels:
           app: redis
           role: leader
           tier: backend
       spec:
         containers:
         - name: leader
           image: "docker.io/redis:6.0.5"
           resources:
             requests:
               cpu: 100m
               memory: 100Mi
           ports:
           - containerPort: 6379

   מחילים את המניפסט על האשכול:

   kubectl apply -f redis-leader-deployment.yaml
   

2. מוודאים ש-Pod של Redis leader פועל:

   kubectl get pods
   

   הפלט אמור להיראות כך:

   NAME                           READY     STATUS    RESTARTS   AGE
   redis-leader-343230949-qfvrq   1/1       Running   0          43s
   

   יכול להיות שיחלפו כמה דקות עד שהסטטוס של STATUS ישתנה מPending לRunning.

יצירת שירות Redis leader

אפליקציית האינטרנט צריכה לתקשר עם ה-leader של Redis כדי לכתוב את הנתונים שלה. אתם יכולים ליצור Service כדי להעביר את התנועה ל-Pod הראשי של Redis.

שירות הוא הפשטה של Kubernetes שמגדירה קבוצה לוגית של קבוצות Pod ומדיניות שמאפשרת גישה לקבוצות Pod. כשיוצרים שירות, מתארים אילו קבוצות Pod צריך להעביר דרך שרת proxy על סמך תוויות של קבוצות Pod.

1. במניפסט הבא מתואר שירות למנהל Redis:

   apiVersion: v1
   kind: Service
   metadata:
     name: redis-leader
     labels:
       app: redis
       role: leader
       tier: backend
   spec:
     ports:
     - port: 6379
       targetPort: 6379
     selector:
       app: redis
       role: leader
       tier: backend

   המניפסט הזה כולל קבוצה של בוררי תוויות. התוויות האלה תואמות לקבוצת התוויות שמוטמעות בשלב הקודם. לכן, השירות הזה מנתב את תעבורת הרשת אל ה-Pod הראשי של Redis שנוצר בשלב הקודם.

   בקטע ports של קובץ המניפסט מצהירים על מיפוי יציאה יחיד. השירות מעביר את התנועה ב-port: 6379 אל targetPort: 6379 של מאגרי התגים שתואמים לתוויות selector שצוינו. ה-containerPort שמשמש לפריסה צריך להיות זהה ל-targetPort כדי להפנות תנועה לפריסה.

   מחילים את המניפסט על האשכול:

   kubectl apply -f redis-leader-service.yaml
   

2. מוודאים ש-GKE יצר את השירות:

   kubectl get service
   

   הפלט אמור להיראות כך:

   NAME           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
   kubernetes     10.51.240.1     <none>        443/TCP    42s
   redis-leader   10.51.242.233   <none>        6379/TCP   12s
   

הגדרת עוקבים ב-Redis

למרות ש-Redis leader הוא Pod יחיד, אפשר להוסיף כמה Redis followers או רפליקות כדי להפוך אותו לזמין מאוד ולעמוד בדרישות התנועה.

1. במניפסט הבא מתואר פריסה של פודים של Redis follower:

   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: redis-follower
     labels:
       app: redis
       role: follower
       tier: backend
   spec:
     replicas: 2
     selector:
       matchLabels:
         app: redis
     template:
       metadata:
         labels:
           app: redis
           role: follower
           tier: backend
       spec:
         containers:
         - name: follower
           image: us-docker.pkg.dev/google-samples/containers/gke/gb-redis-follower:v2
           resources:
             requests:
               cpu: 100m
               memory: 100Mi
           ports:
           - containerPort: 6379

2. מחילים את המניפסט על האשכול:

   kubectl apply -f redis-follower-deployment.yaml
   

3. מוודאים ששני העותקים המשוכפלים של Redis פועלים:

   kubectl get pods
   

   הפלט אמור להיראות כך:

   NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   redis-follower-76588f55b7-bnsq6   1/1     Running   0          27s
   redis-follower-76588f55b7-qvtws   1/1     Running   0          27s
   redis-leader-dd446dc55-kl7nl      1/1     Running   0          119s
   

   יכול להיות שיחלפו כמה דקות עד שהסטטוס של STATUS ישתנה מPending לRunning.

יצירת שירות Redis follower

אפליקציית האינטרנט צריכה לתקשר עם העוקבים של Redis כדי לקרוא נתונים. כדי ששרתי ה-follower של Redis יהיו ניתנים לגילוי, צריך להגדיר שירות.

1. המאניפסט הבא מתאר שירות עבור העוקבים של Redis:

   apiVersion: v1
   kind: Service
   metadata:
     name: redis-follower
     labels:
       app: redis
       role: follower
       tier: backend
   spec:
     ports:
       # the port that this service should serve on
     - port: 6379
     selector:
       app: redis
       role: follower
       tier: backend

   במניפסט הזה מצוין שהשירות פועל ביציאה 6379. השדה selector של השירות תואם לקבוצות ה-Pod של Redis follower שנוצרו בשלב הקודם.

   מחילים את המניפסט על האשכול:

   kubectl apply -f redis-follower-service.yaml
   

2. מוודאים ש-GKE יצר את השירות:

   kubectl get service
   

   הפלט אמור להיראות כך:

   NAME           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
   kubernetes     10.51.240.1     <none>        443/TCP    1m
   redis-leader   10.51.242.233   <none>        6379/TCP   49s
   redis-follower 10.51.247.238   <none>        6379/TCP   3s
   

הגדרת הקצה הקדמי של האפליקציה באינטרנט

עכשיו, אחרי שיש לכם אחסון Redis לאפליקציה, אתם יכולים להפעיל את שרתי האינטרנט. בדומה ל-Redis followers, הקצה הקדמי נפרס באמצעות Kubernetes Deployment.

אפליקציית האינטרנט משתמשת בחלק הקדמי של PHP, שמוגדר לתקשורת עם שירותי Redis follower או leader, בהתאם לסוג הבקשה (קריאה או כתיבה). החלק של ה-frontend חושף ממשק JSON ומציג ממשק משתמש מבוסס jQuery Ajax.

1. המניפסט הבא מתאר פריסה של שרת אינטרנט:

   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: frontend
   spec:
     replicas: 3
     selector:
       matchLabels:
           app: guestbook
           tier: frontend
     template:
       metadata:
         labels:
           app: guestbook
           tier: frontend
       spec:
         containers:
         - name: php-redis
           image: us-docker.pkg.dev/google-samples/containers/gke/gb-frontend:v5
           env:
           - name: GET_HOSTS_FROM
             value: "dns"
           resources:
             requests:
               cpu: 100m
               memory: 100Mi
           ports:
           - containerPort: 80

   קובץ המניפסט מציין את משתנה הסביבה GET_HOSTS_FROM=dns. כשמספקים את ההגדרה לאפליקציית הקצה הקדמי של האינטרנט, אפליקציית הקצה הקדמי משתמשת בשמות המארחים redis-follower ו-redis-leader כדי לבצע חיפוש DNS. חיפוש ה-DNS מוצא את כתובות ה-IP של השירותים שיצרתם בשלבים הקודמים. המושג הזה נקרא זיהוי שירותים ב-DNS.

   מחילים את המניפסט על האשכול:

   kubectl apply -f frontend-deployment.yaml
   

2. מוודאים שהרפליקות פועלות:

   kubectl get pods -l app=guestbook -l tier=frontend
   

   הפלט אמור להיראות כך:

   NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   frontend-7b78458576-8kp8s   1/1     Running   0          37s
   frontend-7b78458576-gg86q   1/1     Running   0          37s
   frontend-7b78458576-hz87g   1/1     Running   0          37s
   

חשיפת חזית האתר בכתובת IP חיצונית

בהגדרה הנוכחית, השירותים redis-follower ו-redis-leader שיצרתם בשלבים הקודמים נגישים רק בתוך אשכול GKE, כי סוג ברירת המחדל של שירות הוא ClusterIP.

שירות ClusterIP מספק כתובת IP אחת לסט של Pods שאליהם השירות מצביע. אפשר לגשת לכתובת ה-IP הזו רק בתוך האשכול.

כדי להפוך את שירות הקצה הקדמי של האינטרנט לנגיש חיצונית, אפשר לציין type: LoadBalancer או type: NodePort בהגדרת השירות, בהתאם לדרישות.

המאניפסט הבא מתאר שירות מסוג LoadBalancer:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: frontend
  labels:
    app: guestbook
    tier: frontend
spec:
  type: LoadBalancer
  ports:
    # the port that this service should serve on
  - port: 80
  selector:
    app: guestbook
    tier: frontend

ההצהרה על היציאה בקטע ports מציינת את port: 80 ולא מציינת את targetPort. אם לא מציינים את המאפיין targetPort, ברירת המחדל היא הערך של השדה port. במקרה הזה, השירות הזה מעביר תנועה חיצונית ביציאה 80 ליציאה 80 של הקונטיינרים בפריסת frontend.

מחילים את המניפסט על האשכול:

kubectl apply -f frontend-service.yaml

כשיוצרים את שירות frontend, ‏ GKE יוצר מאזן עומסים וכתובת IP חיצונית. המשאבים האלה מחויבים.

כניסה לאתר של האפליקציה

כדי לגשת לאתר האפליקציה, צריך לקבל את כתובת ה-IP החיצונית של שירות frontend:

kubectl get service frontend

הפלט אמור להיראות כך:

NAME       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP        PORT(S)        AGE
frontend   10.51.242.136   109.197.92.229     80:32372/TCP   1m

יכול להיות שבעמודה EXTERNAL-IP יופיע <pending> בזמן יצירת מאזן העומסים. הפעולה עשויה להימשך כמה דקות. אם מופיעות שגיאות כמו Does not have minimum availability, צריך לחכות כמה דקות. השגיאה הזמנית הזו מתרחשת כי GKE יוצר מחדש את הצמתים כדי לבצע את השינויים.

מעתיקים את כתובת ה-IP ופותחים את הדף בדפדפן:

כדאי לנסות להוסיף כמה רשומות על ידי הקלדת הודעה ולחיצה על שליחה. ההודעה שכתבתם מופיעה בקצה הקדמי. ההודעה הזו מציינת שהנתונים נוספו בהצלחה ל-Redis דרך השירותים שיצרתם.

הגדלת קנה המידה של הקצה הקדמי באינטרנט

נניח שהאפליקציה שלכם פועלת כבר זמן מה, ולפתע היא מקבלת חשיפה רבה. אתם מחליטים שכדאי להוסיף עוד שרתי אינטרנט לקצה הקדמי שלכם. כדי לעשות את זה, מגדילים את מספר ה-Pods.

1. הגדלת מספר ה-Pods של frontend:

   kubectl scale deployment frontend --replicas=5
   

   הפלט אמור להיראות כך:

   deployment.extensions/frontend scaled
   

2. בודקים את מספר הרפליקות שפועלות:

   kubectl get pods
   

   הפלט אמור להיראות כך:

   NAME                             READY     STATUS    RESTARTS   AGE
   frontend-88237173-3s3sc          1/1       Running   0          1s
   frontend-88237173-twgvn          1/1       Running   0          1s
   frontend-88237173-5p257          1/1       Running   0          23m
   frontend-88237173-84036          1/1       Running   0          23m
   frontend-88237173-j3rvr          1/1       Running   0          23m
   redis-leader-343230949-qfvrq     1/1       Running   0          54m
   redis-follower-132015689-dp23k   1/1       Running   0          37m
   redis-follower-132015689-xq9v0   1/1       Running   0          37m
   

   אפשר להקטין את מספר ה-Pods של frontend באמצעות אותה פקודה, ולהחליף את 5 ב-1.

הסרת המשאבים

כדי להימנע מחיובים בחשבון Google Cloud בגלל השימוש במשאבים שנעשה במסגרת המדריך הזה, אפשר למחוק את הפרויקט שמכיל את המשאבים, או להשאיר את הפרויקט ולמחוק את המשאבים בנפרד.

מחיקת הפרויקט

זהירות: כשמוחקים פרויקט:

• התוכן של הפרויקט נמחק כולו. אם השתמשתם בפרויקט קיים כדי לתרגל את המשימות במדריך הזה, כשתמחקו אותו תימחק גם כל העבודה שביצעתם באותו פרויקט.
• מאבדים את מזהה הפרויקט בהתאמה אישית. כשיצרתם את הפרויקט, יכולתם לבחור לו מזהה פרויקט בהתאמה אישית כדי להשתמש בו בעתיד. כדי לשמור על כתובות ה-URL שמשתמשות במזהה הפרויקט, כמו appspot.com, צריך למחוק את המשאבים שנבחרו בפרויקט אבל לא את הפרויקט כולו.

אם אתם מתכננים להיעזר בכמה ארכיטקטורות, מדריכים או מדריכים למתחילים, מומלץ להשתמש שוב באותו פרויקט כדי לא לחרוג ממכסות הפרויקטים.

כדי למחוק Google Cloud פרויקט:

gcloud projects delete PROJECT_ID

מחיקת המשאבים הבודדים

אם השתמשתם בפרויקט קיים ואתם לא רוצים למחוק אותו, אתם יכולים למחוק את המשאבים בנפרד.

1. מחיקת השירות frontend:

   kubectl delete service frontend
   

2. מחיקת אשכול GKE:

   gcloud container clusters delete guestbook
   

המאמרים הבאים

• איך מגדירים התאמה אופקית של קבוצות Pod לעומס
• איך פורסים את WordPress ב-GKE עם Persistent Disk ו-Cloud SQL
• איך מגדירים שמות דומיין עם כתובות IP סטטיות
• אפשר לעיין במדריכים נוספים בנושא Kubernetes Engine.